《電子技術(shù)應(yīng)用》
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藍(lán)牙迎來強(qiáng)悍新功能,可使尋物和室內(nèi)定位精度達(dá)到厘米級

2019-03-04

來自市場分析機(jī)構(gòu)ABI Research的數(shù)據(jù)顯示,2018年,,全球藍(lán)牙設(shè)備出貨量達(dá)40億個,預(yù)計到2022年,,出貨量可以達(dá)到52億的規(guī)模,。


今年1月,藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟正式發(fā)布了藍(lán)牙5.1規(guī)范,,在這個規(guī)范當(dāng)中很重要的一個新特性就是“尋向功能”(direction finding),,這一新功能可幫助設(shè)備明確藍(lán)牙信號的方向,進(jìn)而幫助開發(fā)解讀設(shè)備方向的藍(lán)牙接近(proximity)解決方案,,實現(xiàn)厘米級位置精度的藍(lán)牙定位系統(tǒng),。


藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟亞太區(qū)開發(fā)者關(guān)系經(jīng)理任凱先生表示,在新興市場,,藍(lán)牙技術(shù)在智能樓宇,、智能家居、智能工業(yè)以及智能城市領(lǐng)域,,都會有非常多的應(yīng)用,,而該聯(lián)盟新推出的尋向功能,在這4個新領(lǐng)域會有非常多的應(yīng)用,。

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該聯(lián)盟預(yù)計,,藍(lán)牙的位置服務(wù)市場,,在2022年的產(chǎn)品出貨量將超過4億個。尋向功能就是要強(qiáng)化藍(lán)牙位置服務(wù),。


基于位置的藍(lán)牙服務(wù)解決方案通常分為兩類:接近類解決方案和定位系統(tǒng),。如今,接近類解決方案可借助藍(lán)牙,,解讀兩臺設(shè)備何時彼此靠近,,以及相距距離的近似值。該類別同時包括物品追蹤(item finding)解決方案(如個人財物標(biāo)簽)及地標(biāo)(Point of Interest; PoI)信息解決方案(如鄰近感知Beacon),。


引入尋向功能之后,,藍(lán)牙接近類解決方案將能夠添加與設(shè)備方向相關(guān)的功能。例如,,物品追蹤解決方案將不僅可以告知用戶已臨近財物標(biāo)簽位置,,還能讓用戶了解其所處的方向,顯著提升用戶體驗,。


定位系統(tǒng)可采用藍(lán)牙來明確設(shè)備的物理位置,,例如可用于資產(chǎn)跟蹤的實時定位系統(tǒng)(Real Time Location System, RTLS)和可用于室內(nèi)導(dǎo)航的室內(nèi)定位系統(tǒng)(Indoor Location System, IPS)。如今,,藍(lán)牙定位系統(tǒng)在明確設(shè)備物理位置時的精度可達(dá)到米級,。通過添加尋向功能,此類定位系統(tǒng)可將位置精度提升至厘米級,。

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應(yīng)用痛點


在接近類的解決方案中,,有兩個典型應(yīng)用,一個是物品追蹤,,比如我們常常找不到鑰匙,、錢包等,可以通過藍(lán)牙鏈路來確定兩臺藍(lán)牙設(shè)備之間的距離,。比如在錢包當(dāng)中加入了一個藍(lán)牙防丟器tag,。


在接近類服務(wù)當(dāng)中,還有另外一個典型應(yīng)用,,就是地標(biāo)信息解決方案,,也就是我們常說的Beacon,當(dāng)我們進(jìn)入一個商場,,或者進(jìn)入一個超市,,可以通過手機(jī),接收商場或者超市推送的Beacon信息,,比如打折新品,。


另外兩個典型應(yīng)用,來自于定位系統(tǒng),,首先是實時定位功能,,RTLS主要應(yīng)用在資產(chǎn)跟蹤,,這在工業(yè)、智能建筑里面都有應(yīng)用場景,。再有就是室內(nèi)定位,,藍(lán)牙在這方面的應(yīng)用是非常成熟的。


無論是實時定位,,還是室內(nèi)定位,,包括接近類的應(yīng)用,原理是類似的,,都是基于數(shù)據(jù)包傳輸當(dāng)中的接收信號強(qiáng)度,,也就是RSSI – Radio Signal Strength Indication這樣一個機(jī)制。通過接收到的RSSI強(qiáng)度,,來虛擬產(chǎn)品在周圍的大致范圍,。但是這種傳統(tǒng)定位只能給出一個大致的方位,無法實現(xiàn)精確定位,。這也就是為什么要在藍(lán)牙最新的核心規(guī)范當(dāng)中推出藍(lán)牙尋向功能的原因。


尋向功能是怎么實現(xiàn)的,?


藍(lán)牙尋向功能,,是將之前在其他頻段、通過無線電尋向機(jī)制,,加入到Buletooth Radio當(dāng)中實現(xiàn)的,。所以這是一種成熟的技術(shù)。


那么,,藍(lán)牙的尋向究竟是如何實現(xiàn)的呢,?首先看一下第一種方式,也就是到達(dá)角Angle of Arrival(AoA),,這里有一個藍(lán)牙發(fā)射機(jī),,會通過單一天線,周期性地發(fā)送一些特殊的數(shù)據(jù)包,,在藍(lán)牙的接收機(jī)端,,需要做多天線陣列,至少要有兩個天線,,這個接收機(jī)可以通過不斷地使能各個天線來接收藍(lán)牙發(fā)射機(jī)的特殊數(shù)據(jù)包,,因為是不同的天線,所以在各個接收天線上收到的無線電信號,,相位是有差別的,。根據(jù)相位差。以及天線之間的距離,,就可以算出到達(dá)角,,有了這個到達(dá)角,,問題就解決了,我們可以通過這個角度來實時了解我和設(shè)備相互之間的角度,。

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還有另外一種機(jī)制,,叫做Angle of Departure(AoD),出發(fā)角,,它和Angle of Arrival是相反的,。AoA的發(fā)射機(jī)是單天線,接收機(jī)是多天線,。而Angle of Departure的發(fā)射機(jī)是多天線,,接收機(jī)是單天線,發(fā)射機(jī)周期性地通過各個天線來發(fā)射低功耗藍(lán)牙數(shù)據(jù)包,,接收機(jī)通過一定的時系,,通過各個天線發(fā)送出來的數(shù)據(jù)包,提取通過不同天線發(fā)出來無線電信號的相位差,,通過相位差值,,以及發(fā)射機(jī)天線之間的距離,就可以計算出Angle of Departure,,也就是到達(dá)角,,有了這個相對的角度,可以知道我們和被測節(jié)點之間的相對角度,,從而實現(xiàn)尋向功能,。這就是藍(lán)牙尋向的基本原理。

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功耗方面,,無論是AoA還是AoD,,發(fā)射芯片并不需要提高發(fā)射功率,對于發(fā)射機(jī)的(物理層)變化沒有任何干預(yù),,所以它的發(fā)射電流和接收電流,,之前是多少,加入了AoA,、AoD之后,,它還是多少,主要是通過天線的切換,,包括天線之間的距離,,來計算出AoA、AoD的角度,,是不會額外增加功耗的,。


綜上,自從推出了低功耗藍(lán)牙以后,其定位服務(wù)應(yīng)用就出現(xiàn)在了很多場景當(dāng)中,,比如博物館,、商場、工廠,、倉庫等等,,這些應(yīng)用主要是通過RSSI,也就是信號強(qiáng)度檢測的機(jī)制,,通過三邊測量,,來實現(xiàn)室內(nèi)定位和實時定位功能。藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟在最新的核心規(guī)范中推出的尋向功能,,將室內(nèi)定位的服務(wù)進(jìn)行了增強(qiáng),,不僅可以使用原有的RSSI方案,還可以將藍(lán)牙尋向功能中的AoA和AoD,,加入到現(xiàn)有的這些藍(lán)牙定位系統(tǒng)當(dāng)中,,實現(xiàn)更加精確的定位。


新的藍(lán)牙尋向功能和現(xiàn)有的通過RSSI的定位機(jī)制,,可以相互融合,。相互之間進(jìn)行補(bǔ)償,進(jìn)行校準(zhǔn),,使得定位精度有質(zhì)的提升,。


智能家居專項組


藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟于2017年7月發(fā)布了一個針對多點對多點的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)——藍(lán)牙Mesh。它使低功耗藍(lán)牙的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)從之前的點對點,,點動多點,到現(xiàn)在的多點對多點,。這樣一個網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),,對于藍(lán)牙技術(shù)來說是一個革命性的變化。藍(lán)牙點對點或者點對多點機(jī)制面對一些應(yīng)用場景時是有缺陷的,,通過藍(lán)牙Mesh則可以解決這些問題,,信息可以在網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中進(jìn)行路由,所以,,這樣的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),,對于控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng),,包括一些自動化,、照明應(yīng)用,都會有極大的幫助和應(yīng)用體驗的提升,。

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1月8日,,藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟宣布成立了一個智能家居專項組,其隸屬于藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟的自動化工作組,該專項組有兩個特點:第一,,組內(nèi)的討論將會使用中文,;第二,開會時間將會采用北京時間,。


可見,,該專項組是藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟專門針對大中華地區(qū)成立的,主要目的是解決目前藍(lán)牙Mesh在智能家居領(lǐng)域應(yīng)用的Model定義問題,。因為藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟在發(fā)布1.0版本的Model定義時,,有通用的Model,但是當(dāng)藍(lán)牙Mesh應(yīng)用到智能家居領(lǐng)域的時候,,會員發(fā)現(xiàn)還有其他一些潛在的應(yīng)用場景,,需要有Model的支持。


據(jù)悉,,已經(jīng)有60多家公司加入到這個專項組當(dāng)中,。此外,該專項組不設(shè)會員等級界限,,只要是藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟的會員,,都可以加入專項組進(jìn)行討論。


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